Handbuch TwinCAT 3 Version: Datum: Bestell-Nr.: 1.0 18.06.2015 TE1111
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Vorwort... 4 1.1 Hinweise zur Dokumentation... 4 1.2 Sicherheitshinweise... 5 2 Übersicht... 6 3 Installation... 7 4 Quickstart... 8 5 Mailbox Auto Response... 10 6 CoE / SoE / AoE... 12 7 Mischbetrieb von realen und virtuellen Slaves... 13 Version: 1.0 3
Vorwort 1 Vorwort 1.1 Hinweise zur Dokumentation Diese Beschreibung wendet sich ausschließlich an ausgebildetes Fachpersonal der Steuerungs- und Automatisierungstechnik, das mit den geltenden nationalen Normen vertraut ist. Zur Installation und Inbetriebnahme der Komponenten ist die Beachtung der nachfolgenden Hinweise und Erklärungen unbedingt notwendig. Das Fachpersonal hat sicherzustellen, dass die Anwendung bzw. der Einsatz der beschriebenen Produkte alle Sicherheitsanforderungen, einschließlich sämtlicher anwendbaren Gesetze, Vorschriften, Bestimmungen und Normen erfüllt. Disclaimer Diese Dokumentation wurde sorgfältig erstellt. Die beschriebenen Produkte werden jedoch ständig weiter entwickelt. Deshalb ist die Dokumentation nicht in jedem Fall vollständig auf die Übereinstimmung mit den beschriebenen Leistungsdaten, Normen oder sonstigen Merkmalen geprüft. Falls sie technische oder redaktionelle Fehler enthält, behalten wir uns das Recht vor, Änderungen jederzeit und ohne Ankündigung vorzunehmen. Aus den Angaben, Abbildungen und Beschreibungen in dieser Dokumentation können keine Ansprüche auf Änderung bereits gelieferter Produkte geltend gemacht werden. Marken Beckhoff, TwinCAT, EtherCAT, Safety over EtherCAT, TwinSAFE, XFC und XTS sind eingetragene und lizenzierte Marken der Beckhoff Automation GmbH. Die Verwendung anderer in dieser Dokumentation enthaltenen Marken oder Kennzeichen durch Dritte kann zu einer Verletzung von Rechten der Inhaber der entsprechenden Bezeichnungen führen. Patente Die EtherCAT Technologie ist patentrechtlich geschützt, insbesondere durch folgende Anmeldungen und Patente: EP1590927, EP1789857, DE102004044764, DE102007017835 mit den entsprechenden Anmeldungen und Eintragungen in verschiedenen anderen Ländern. Die TwinCAT Technologie ist patentrechtlich geschützt, insbesondere durch folgende Anmeldungen und Patente: EP0851348, US6167425 mit den entsprechenden Anmeldungen und Eintragungen in verschiedenen anderen Ländern. EtherCAT ist eine eingetragene Marke und patentierte Technologie lizensiert durch die Beckhoff Automation GmbH, Deutschland Copyright Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, Deutschland. Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts sind verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte für den Fall der Patent-, Gebrauchsmusteroder Geschmacksmustereintragung vorbehalten. 4 Version: 1.0
Vorwort 1.2 Sicherheitshinweise Sicherheitsbestimmungen Beachten Sie die folgenden Sicherheitshinweise und Erklärungen! Produktspezifische Sicherheitshinweise finden Sie auf den folgenden Seiten oder in den Bereichen Montage, Verdrahtung, Inbetriebnahme usw. Haftungsausschluss Die gesamten Komponenten werden je nach Anwendungsbestimmungen in bestimmten Hard- und SoftwareKonfigurationen ausgeliefert. Änderungen der Hard- oder Software-Konfiguration, die über die dokumentierten Möglichkeiten hinausgehen, sind unzulässig und bewirken den Haftungsausschluss der Beckhoff Automation GmbH & Co. KG. Qualifikation des Personals Diese Beschreibung wendet sich ausschließlich an ausgebildetes Fachpersonal der Steuerungs-, Automatisierungs- und Antriebstechnik, das mit den geltenden Normen vertraut ist. Erklärung der Symbole In der vorliegenden Dokumentation werden die folgenden Symbole mit einem nebenstehenden Sicherheitshinweis oder Hinweistext verwendet. Die Sicherheitshinweise sind aufmerksam zu lesen und unbedingt zu befolgen! Akute Verletzungsgefahr! Wenn der Sicherheitshinweis neben diesem Symbol nicht beachtet wird, besteht unmittelbare Gefahr für Leben und Gesundheit von Personen! GEFAHR Verletzungsgefahr! Wenn der Sicherheitshinweis neben diesem Symbol nicht beachtet wird, besteht Gefahr für Leben und Gesundheit von Personen! WARNUNG Schädigung von Personen! Wenn der Sicherheitshinweis neben diesem Symbol nicht beachtet wird, können Personen geschädigt werden! VORSICHT Schädigung von Umwelt oder Geräten Wenn der Hinweis neben diesem Symbol nicht beachtet wird, können Umwelt oder Geräte geschädigt werden. Achtung Tipp oder Fingerzeig Dieses Symbol kennzeichnet Informationen, die zum besseren Verständnis beitragen. Hinweis Version: 1.0 5
Übersicht 2 Übersicht Neue Maschinen und Anlagen werden immer komplexer und müssen unter einem erheblichen Termindruck kostengünstig realisiert werden. Darüber hinaus steigt, u.a. aufgrund der Forderung nach Flexibilität der auf einer Anlage produzierbaren Produkte, der Anteil der Steuerungssoftware immer weiter an. Eine Reduzierung des Engineering-Aufwandes für die Erstellung des Steuerungscodes sowie der Inbetriebnahme dieses Codes an der realen Anlage verspricht somit einen klaren wirtschaftlichen Nutzen. Eine Methode, die darauf abzielt dies zu erreichen, bezeichnet man als Virtuelle Inbetriebnahme. Ziel ist es, bereits in einem frühen Stadium des Engineerings auch ohne real existierende Hardware den erzeugten Steuerungscode zu testen und zu optimieren, sodass die reale Inbetriebnahme deutlich schneller verlaufen kann. Die Function TE1111 TwinCAT EtherCAT Simulation wurde erstellt, um diese Anforderungen zu erfüllen. Sind darüber hinaus bereits Modelle der Maschine/ Anlage in Matlab-Simulink vorhanden, ist es möglich, gemeinsam mit der Function TE1400 Target für Matlab / Simulink mit sehr wenig Aufwand HIL (Hardware- In-the Loop)-Simulationen durchzuführen. Die Function TE1111 TwinCAT EtherCAT Simulation dient zur Simulation eines EtherCAT-Stranges. Dabei wird eine erstellte E/A-Konfiguration der realen Anlage exportiert und kann auf einem zweiten System als EtherCAT-Simulation -Device wieder importiert werden. Auf diesem System steht damit ein gespiegeltes Prozessabbild zur Verfügung, das mit entsprechenden TwinCAT-Modulen (z.b. erstellt in den Sprachen der IEC 61131-3 oder aus Matlab /Simulink heraus) verknüpft werden kann. In diesen Modulen muss das gewünschte Verhalten der Maschine hinreichend genau implementiert sein. Startet man nun auf beiden Systemen die TwinCAT-Echtzeit, hat man eine HIL-Simulation, ohne dass das Original-Projekt dafür angepasst werden muss. HINWEIS! Da das Projekt des zu testenden Steuerungssystems nicht verändert werden soll, arbeitet das EtherCAT-Simulation Device nicht synchronisiert. Dies bedeutet, dass die Task, welche das Simulation-Device treibt, aufgrund des Shannon chen Theorems (Abtast-Theorem) doppelt so schnell laufen muss. Auf Standard-IPC-Hardware ist die kleinste Zykluszeit des Simulation Devices derzeit 50µs. Somit sind HIL-Simulationen des zu testenden Steuerungssystems mit 100µs Zykluszeit möglich. Unterstützte Features: Basisfunktionalität Digitale Slaves sowie Slaves mit CoE-Parametern werden unterstützt Ein gespiegeltes Prozessabbild wird erstellt und kann verlinkt werden Einfache Konfiguration des EtherCAT-Simulation Devices direkt in der TwinCAT XAE Unterstützungen von Distributed Clocks Unterstützung von AoE und SoE Mailboxkommandos (werden an die SPS weitergeleitet) Mischsimulation von realen und simulierten Slaves 6 Version: 1.0
Installation 3 Installation Die Function TE1111 TwinCAT EtherCAT Simulation wird bereits mit der TwinCAT-Installation mit installiert und ist seit der TwinCAT-Version 3.1 Build 4018.0 als Release-Version enthalten. Sie muss daher lediglich lizensiert werden. Siehe hierzu auch Lizensierung: Lizenzen anfordern und aktivieren. Version: 1.0 7
Quickstart 4 Quickstart Erstellung eines Simulationsprojektes mit der Hardware, die im Steuerungsprojekt Anwendung finden soll. 1. Zum Exportieren der Hardware-Konfiguration des Steuerungsprojektes klicken Sie im Projektmappen- Explorer auf die EtherCAT-Master-Device, dann auf den Tab EtherCAT und dann auf den Button Export Konfigurationsdatei. 2. Erstellen Sie dann das Simulationsprojekt auf dem Simulations-IPC 3. klicken Sie auf Neues Element Hinzufügen, um ein EtherCAT-Simulation-Device zu erzeugen. 8 Version: 1.0
Quickstart 4. Öffnen Sie das Kontextmenü des EtherCAT-Simulation-Devices und klicken Sie auf Import ENI file, um die EtherCAT-Konfiguration des EtherCAT-Masters zu importieren. ð Das Simulationsprojekt ist angelegt und mit der Hardware-Konfiguration des Steuerungsprojektes befüllt. Was ist noch zu tun? Anlegen oder Instanziieren der Simulations -TwinCAT-Module Erstellen einer Task, die die Simulations-Module treibt (mit halber Zykluszeit aufgrund des Abtast- Theorems) Verknüpfen der Variablen des Prozessabbildes der Simulationsmodelle mit denen des gespiegelten Prozessabbildes des EtherCAT-Simulation-Devices Version: 1.0 9
Mailbox Auto Response 5 Mailbox Auto Response Bei einigen Klemmen gibt es auf der Masterseite Startup Commands, die bei jedem EtherCAT Hochlauf (typischerweise von PreOP nach SaveOP) an die Klemme geschickt werden müssen. Beispiel EL6224 (IO-Link): Diese Startup Commands müssen vom EtherCAT Simulator beantwortet werden, damit der EtherCAT- Master korrekt hochläuft. Entsprechend ist das Default Verhalten des EtherCAT-Simulation Devices, dass Startup-Parameter von Zustand PreOP nach SafeOP automatisch beantwortet werden, ohne dass in der Applikation etwas dafür getan werden muss. Sollten diese Parameter dennoch benötigt werden, kann die Option Auto Respond Mailbox deaktiviert werden (siehe Abbildung unten). Ist diese Option deaktiviert, müssen die Anfragen im Applikations- Programm entsprechend bearbeitet werden, damit der Master startet. 10 Version: 1.0
Mailbox Auto Response Version: 1.0 11
CoE / SoE / AoE 6 CoE / SoE / AoE Mit Hilfe der EtherCAT Simulation ist es möglich, die Protokolle CoE (Can over EtherCAT), SoE (Sercos over EtherCAT) und AoE (ADS over EtherCAT) weiter zu routen (z.b. an die SPS). Es ist somit möglich, aus der SPS heraus über diese Protokolle Daten zu lesen und zu schreiben. Folgende Schritte sind hierfür erforderlich: 1. Die NetId und der Port an die die Daten weitergeleitet werden sollen, müssen dem EtherCAT- Simulation Device bekannt gemacht werden. Dies geschieht über ein ADS-Write an die NetID des Simulation Devices, PortNr.: 0xFFFF, IndexGroup: 0xFF01, IndexOffset:1 Beispiel: Anmelden des Mailbox-Empfängers netidmaster:= '10.3.48.7.2.1'; netidsimu:= '10.3.48.7.3.1'; arrnetid[0]:= 10; arrnetid[1]:= 3; arrnetid[2]:= 48; arrnetid[3]:= 7; arrnetid[4]:= 1; arrnetid[5]:= 1; arrnetid[6]:= 16#53; arrnetid[7]:= 16#03; fbadswrite(write:= FALSE); fbadswrite(netid:= netidsimu, PORT:= 16#FFFF, IDXGRP:= 16#FF01, IDXOFFS:= 1, SRCADDR:= ADR(arrNetId), LEN:= 8, WRITE:= TRUE); 2. Abfangen und beantworten der ADS Indications. Dabei ist in der Indexgroup der Mailboxdienst hinterlegt, die PortID identifiziert den sendenden oder empfangenden Teilnehmer und anhand von Index und Sub-Index werden die Daten angegeben, auf die zugegriffen werden soll. Beispiel: Abfangen und beantworten aller Leseanforderungen: fbadsreadind(); IF fbadsreadind.valid = TRUE THEN IF fbadsreadind.netid = netidsimu IF fbadsreadind.idxgrp = 16#8000F302 THEN (*CoE*) IF fbadsreadind.idxoffs = 16#80000000 THEN (*error*) fbadsreadres(netid:= fbadsreadind.netid, PORT:= fbadsreadind.port, INVOKEID:= fbadsreadind.invokeid, LEN:= 0, RESULT:= 16#34567890, RESPOND:= TRUE); ELSE IF fbadsreadind.idxoffs = 16#60000000 THEN (*short response*) fbadsreadres(netid:= fbadsreadind.netid, PORT:= fbadsreadind.port, INVOKEID:= fbadsreadind.invokeid, DATAADDR:= ADR(arrNetId), LEN:= 2, RESULT:= 0, RESPOND:= TRUE); ELSE fbadsreadres(netid:= fbadsreadind.netid, PORT:= fbadsreadind.port, INVOKEID:= fbadsreadind.invokeid, DATAADDR:= ADR(arrNetId), LEN:= 6, RESULT:= 0, RESPOND:= TRUE); fbadsreadres(respond:= FALSE); ELSE IF fbadsreadind.idxgrp = 16#8000F420 THEN (*SoE*) IF fbadsreadind.idxoffs = 16#00400800 THEN (*Fehler*) fbadsreadres(netid:= fbadsreadind.netid, PORT:= fbadsreadind.port, INVOKEID:= fbadsreadind.invokeid, RESULT:= 16#45678901, RESPOND:= TRUE); ELSE fbadsreadres(netid:= fbadsreadind.netid, PORT:= fbadsreadind.port, INVOKEID:= fbadsreadind.invokeid, DATAADDR:= ADR(arrNetId), LEN:= 6, RESULT:= 0, RESPOND:= TRUE); fbadsreadres(respond:= FALSE); fbadsreadind(clear:= TRUE); fbadsreadind(clear:= FALSE); Wie im Beispiel zu sehen ist, erfolgt eine Prüfung, ob die Indication gültig ist und wenn ja, ob diese vom Simulation-Device gesendet wurde. Ist beides der Fall, handelt es sich um eine weitergeleitete Mailbox- Nachricht auf die entsprechend reagiert werden muss. Die IndexGroup zeigt das Mailboxprotokoll an (im oberen Fall des Beispiels ist dies CoE im unteren Bereich SoE). 12 Version: 1.0
Mischbetrieb von realen und virtuellen Slaves 7 Mischbetrieb von realen und virtuellen Slaves Mit Hilfe der EtherCAT-Simulation ist es möglich, reale und virtuelle Slaves zu mischen. Ist das erwünscht, so müssen die realen Slaves im Simulationsprojekt deaktiviert werden und sind in exakt der gleichen Reihenfolge wie sie im Projekt hinterlegt sind, am Ende des EtherCAT-Stranges hinzuzufügen. Beim Mischbetrieb von realen und virtuellen Slaves ist somit eine weitere Netzwerkkarte notwendig. Stellen Sie diese auf dem EtherCAT-Simulation-Device im Karteireiter 2nd. Adapter ein. Version: 1.0 13